Poliploidi adalah suatu kondisi di mana sel atau organisme yang biasanya diploid memperoleh satu atau lebih set kromosom tambahan. Dengan kata lain, sel atau organisme poliploid memiliki jumlah kromosom haploid tiga kali atau lebih. Poliploidi muncul sebagai akibat nondisjungsi kromosom selama mitosis atau meiosis. Poliploidi adalah proses yang sangat umum terjadi pada tumbuhan dan, pada kenyataannya, menjadi sumber spesiasi penting pada angiospermae.
Apa itu poliploidi?
Poliploidi adalah kondisi di mana suatu organisme memiliki lebih dari dua set kromosom (multiple sets of chromosomes) di dalam inti selnya. Pada organisme normal (diploid), setiap sel tubuh biasanya memiliki dua set kromosom, satu set dari setiap induk (misalnya, manusia memiliki 46 kromosom, yaitu 23 pasang). Namun, poliploidi terjadi ketika sel-sel mengandung lebih dari dua set kromosom, yang umumnya terjadi akibat kesalahan dalam pembelahan sel atau proses reproduksi.
Poliploidi sangat umum pada tumbuhan dan lebih jarang terjadi pada hewan. Pada tumbuhan, poliploidi sering kali berkontribusi pada variasi genetik, evolusi spesies, dan bahkan domestikasi tanaman. Pada hewan, poliploidi lebih jarang terjadi dan sering kali berakibat fatal, namun ada beberapa contoh hewan poliploid yang berhasil bertahan hidup.
Dalam artikel ini, kita akan membahas berbagai jenis poliploidi, mekanisme pembentukannya, serta contoh-contoh spesies yang mengalami poliploidi.
Kata poliploidi berarti memiliki banyak kumpulan atau kelompok informasi genetik yang lengkap. Ketika kita mengacu pada informasi genetik, kita mengacu pada segala sesuatu yang diperlukan untuk menghasilkan organisme hidup dan umumnya organisme ini memiliki lebih dari dua kumpulan informasi.
Kebanyakan makhluk yang bereproduksi secara seksual memiliki jumlah kelompok informasi yang genap, yang seperti kita ketahui, berasal dari ibu dan ayah. Penting juga untuk diingat bahwa kelompok informasi ini serupa, namun tidak identik.
Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa poliploidi adalah peningkatan yang terjadi pada jumlah kromosom yang biasanya ditemukan dalam komplemen diploid. Poliploidi dihasilkan karena beberapa ketidakteraturan yang terjadi selama proses meiosis: pada pembelahan pertama atau profase, ketika kromosom homolog berpasangan membentuk tetrad, dan tidak terpisah selama anafase I; situasi yang menyebabkan satu sel memiliki seluruh kromosom yang melengkapi dan sel lainnya tidak memilikinya.
1. Jenis Poliploidi Berdasarkan Jumlah Set Kromosom
a. Autopoliploidi
Autopoliploidi terjadi ketika penggandaan set kromosom berasal dari spesies yang sama. Pada autopoliploidi, kromosom-kromosom yang mengganda berasal dari satu spesies, biasanya karena kegagalan dalam pembelahan sel (mitosis atau meiosis). Hasilnya adalah individu yang memiliki lebih dari dua set kromosom dari spesies yang sama.
Contoh Autopoliploidi:
- Kentang (Solanum tuberosum): Kebanyakan varietas kentang adalah tetraploid (4n), yang berarti mereka memiliki empat set kromosom.
- Semangka tanpa biji (Citrullus lanatus): Semangka tanpa biji merupakan hasil dari autopoliploidi, biasanya melalui persilangan antara tetraploid dan diploid.
Mekanisme Pembentukan Autopoliploidi:
Autopoliploidi biasanya disebabkan oleh kesalahan dalam meiosis atau mitosis, yang mengakibatkan kegagalan kromosom untuk membelah dengan benar. Misalnya, pada tanaman, kegagalan pembelahan meiosis dapat menyebabkan gamet diploid (2n), yang ketika dibuahi oleh gamet lain akan menghasilkan individu tetraploid (4n).
b. Allopoliploidi
Allopoliploidi terjadi ketika penggandaan set kromosom melibatkan dua spesies yang berbeda. Biasanya, allopoliploid terbentuk melalui hibridisasi antara dua spesies yang berbeda, diikuti oleh penggandaan kromosom. Proses ini memungkinkan hibrida yang dihasilkan menjadi fertil, karena penggandaan kromosom memastikan bahwa setiap kromosom memiliki pasangan homolognya selama meiosis.
Contoh Allopoliploidi:
- Gandum (Triticum aestivum): Gandum roti modern adalah allopoliploid heksaploid (6n), yang merupakan hasil dari hibridisasi antara tiga spesies yang berbeda. Gandum ini memiliki tiga set kromosom dari spesies leluhurnya.
- Raphanobrassica: Ini adalah allopoliploid hasil hibridisasi antara lobak (Raphanus) dan kubis (Brassica), yang kemudian menggandakan jumlah kromosom untuk menghasilkan spesies yang fertil.
Mekanisme Pembentukan Allopoliploidi:
Allopoliploid terbentuk melalui hibridisasi antara dua spesies yang berbeda, yang menghasilkan keturunan hibrida dengan set kromosom campuran. Pada hibrida interspesifik ini, keturunan awal sering kali steril karena tidak adanya pasangan homolog yang memadai untuk meiosis. Namun, jika terjadi penggandaan kromosom secara spontan atau terinduksi, setiap kromosom akan memiliki pasangan homolognya, sehingga memungkinkan meiosis dan fertilitas normal.
2. Jenis Poliploidi Berdasarkan Jumlah Set Kromosom Tambahan
a. Triploid (3n)
Triploid adalah organisme yang memiliki tiga set kromosom (3n). Organisme triploid sering kali steril karena selama meiosis, kromosom tidak dapat berpasangan dengan benar, sehingga menghasilkan gamet yang tidak seimbang. Namun, triploid sering kali digunakan dalam pertanian untuk menghasilkan tanaman tanpa biji atau dengan hasil yang lebih tinggi.
Contoh Organisme Triploid:
- Pisang (Musa spp.): Sebagian besar varietas pisang yang dibudidayakan adalah triploid, yang membuatnya tidak menghasilkan biji.
- Semangka tanpa biji (Citrullus lanatus): Semangka tanpa biji juga merupakan contoh tanaman triploid yang steril.
Mekanisme Pembentukan:
Triploid biasanya terbentuk dari persilangan antara gamet diploid (2n) dan gamet haploid (1n), yang menghasilkan zigot triploid. Pada tanaman, hal ini sering kali diinduksi secara artifisial oleh manusia untuk menghasilkan tanaman tanpa biji.
b. Tetraploid (4n)
Tetraploid adalah organisme yang memiliki empat set kromosom (4n). Tetraploid bisa muncul secara alami atau buatan, dan sering kali lebih kuat dan lebih besar dibandingkan dengan kerabat diploidnya. Tetraploid lebih stabil dibandingkan triploid dan sering kali fertil.
Contoh Organisme Tetraploid:
- Kentang (Solanum tuberosum): Sebagian besar varietas komersial kentang adalah tetraploid.
- Alfalfa (Medicago sativa): Tanaman alfalfa, yang digunakan sebagai pakan ternak, adalah tetraploid.
Mekanisme Pembentukan:
Tetraploid biasanya terbentuk dari penggandaan seluruh set kromosom dalam individu diploid, yang bisa terjadi akibat kegagalan mitosis atau meiosis. Pada beberapa kasus, tetraploid juga bisa terbentuk dari persilangan antara dua organisme diploid yang diikuti oleh penggandaan kromosom.
c. Heksaploid (6n)
Heksaploid adalah organisme yang memiliki enam set kromosom (6n). Seperti tetraploid, heksaploid cukup stabil dalam meiosis karena setiap kromosom memiliki pasangan homolognya.
Contoh Organisme Heksaploid:
- Gandum (Triticum aestivum): Gandum roti modern adalah heksaploid dengan enam set kromosom yang berasal dari tiga spesies berbeda.
- Oat (Avena sativa): Oat juga merupakan tanaman heksaploid yang banyak dibudidayakan.
Mekanisme Pembentukan:
Heksaploid biasanya terbentuk dari hibridisasi antara dua atau lebih spesies yang berbeda, diikuti oleh penggandaan set kromosom. Heksaploid juga bisa terbentuk dari persilangan antara tetraploid dan diploid, diikuti oleh penggandaan kromosom.
d. Oktoploid (8n)
Oktoploid adalah organisme yang memiliki delapan set kromosom (8n). Oktoploid lebih jarang ditemukan tetapi memiliki beberapa contoh penting dalam dunia pertanian.
Contoh Organisme Oktoploid:
- Strawberi (Fragaria × ananassa): Stroberi yang banyak dijual di pasaran adalah oktoploid, yang memiliki delapan set kromosom.
- Tebu (Saccharum spp.): Beberapa varietas tebu yang dibudidayakan adalah oktoploid.
Mekanisme Pembentukan:
Oktoploid bisa terbentuk dari penggandaan kromosom pada organisme tetraploid atau heksaploid, atau dari persilangan antara dua spesies yang diikuti oleh penggandaan kromosom.
Poliploidi pada hewan
Poliploidi lebih banyak terjadi pada tumbuhan dibandingkan pada hewan, meskipun penyebab pastinya belum diketahui secara pasti, meskipun para ahli menilai hal tersebut mungkin disebabkan oleh jenis perkembangan dan bentuk reproduksi seksual hewan. Beberapa ilmuwan berpendapat bahwa hal ini disebabkan oleh tingkat kerumitan tubuh hewan dibandingkan dengan tumbuhan. Namun ada beberapa pengecualian seperti ikan, reptil dan beberapa serangga.
Poliploidi pada tumbuhan
Kita dapat menemukannya di semua kelompok tumbuhan dan telah memainkan peran penting dalam evolusi mereka. Proses ini memungkinkan tanaman melakukan perubahan genetik yang pada gilirannya menghasilkan perubahan fenotipik atau lingkungan. Ini adalah proses yang menghasilkan pertumbuhan lebih besar dalam jumlah sel yang dimiliki tanaman. Poliploidi menimbulkan beberapa akibat pada tumbuhan, misalnya ukuran sel bertambah dan perkembangannya menjadi lebih lambat, umumnya ukuran benih lebih besar, dan perkecambahannya melambat, lebih rendah dibandingkan organisme diploid.
Tumbuhan yang poliploidi disebut giga karena ukurannya lebih besar. Siklus hidupnya lebih panjang dan bunganya juga lebih besar dari tanaman aslinya, lebih tahan terhadap kondisi cuaca buruk, hama dan penyakit.
Keuntungan
Beberapa keuntungan poliploidi adalah sebagai berikut:
- Sel-selnya lebih besar, itulah sebabnya mereka menghasilkan daun dan buah yang lebih besar.
- Tanaman poliploid memiliki kekuatan hibrida yang lebih besar dibandingkan tanaman diploid.
- Membantu mengurangi kelainan genetik.
- Membantu tanaman mengatasi hambatan normal yang mencegah pembuahan sendiri.
Kekurangan
Beberapa kelemahan yang dapat terjadi pada organisme poliploid adalah:
- Perubahan arsitektur seluler dan implikasi regulasi akibat peningkatan kandungan genom suatu organisme yang menghasilkan perubahan hubungan antara komponen sel tiga dimensi dan dua dimensi.
- Kesulitan dalam mitosis karena poliploidi merupakan masalah penyelesaian mitosis dan meiosis secara normal, dan hal ini dapat menyebabkan sel aneuploid.
- Kesulitan dalam meiosis karena proses ini melibatkan tiga atau lebih set kromosom yang juga dapat menghasilkan aneuploid, frekuensi dan bentuk produksi aneuploid tergantung pada jenis poliploidi.
- Perubahan regulasi dalam ekspresi gen.
Poliploidi dan Evolusi
Poliploidi memegang peran penting dalam evolusi, terutama pada tanaman. Penggandaan kromosom dapat menghasilkan spesies baru dengan karakteristik unik yang mungkin lebih adaptif terhadap lingkungan tertentu. Poliploidi juga berperan dalam spesiasi, yaitu proses munculnya spesies baru, karena individu poliploid sering kali tidak dapat kawin dengan individu diploid, sehingga membentuk populasi yang terpisah.
Contoh penting dari peran poliploidi dalam evolusi adalah gandum. Gandum roti modern (Triticum aestivum) adalah hasil dari dua peristiwa hibridisasi dan poliploidi yang melibatkan tiga spesies leluhur. Proses ini menghasilkan tanaman yang lebih produktif dan lebih tahan terhadap kondisi lingkungan yang berbeda.
Pentingnya poliploidi
Poliploidi dikaitkan dengan transisi evolusioner yang penting, kemajuan dalam perkembangan, dan radiasi adaptif spesies. Duplikasi genom menggandakan jumlah materi genetik untuk evolusi dan perbedaan fungsional yang dimiliki gen yang diduplikasi sangat penting bagi evolusi biologis tumbuhan dan hewan.
Manfaat Poliploidi dalam Pertanian
Poliploidi sering kali dimanfaatkan dalam pemuliaan tanaman untuk meningkatkan hasil panen, memperbesar ukuran buah, dan menghasilkan tanaman tanpa biji. Beberapa contoh penerapan poliploidi dalam pertanian meliputi:
- Tanaman tanpa biji: Seperti semangka dan pisang, yang sangat disukai oleh konsumen.
- Ukuran buah yang lebih besar: Beberapa tanaman poliploid, seperti stroberi, cenderung menghasilkan buah yang lebih besar dibandingkan tanaman diploid.
- Meningkatkan ketahanan: Poliploidi dapat meningkatkan ketahanan tanaman terhadap penyakit, stres lingkungan, dan faktor-faktor lain yang memengaruhi produktivitas.
Kesimpulan
Poliploidi adalah fenomena genetik yang melibatkan penggandaan set kromosom dalam sel organisme. Ada beberapa jenis poliploidi, yang dapat dibedakan berdasarkan asal kromosom (autopoliploidi vs allopoliploidi) dan jumlah set kromosom tambahan (triploid, tetraploid, heksaploid, oktoploid, dll.).
Poliploidi berperan penting dalam evolusi, terutama pada tanaman, dan juga memiliki banyak manfaat dalam dunia pertanian, seperti menghasilkan varietas tanaman yang lebih produktif, lebih tahan penyakit, dan lebih disukai konsumen.
